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Type: Tese
Title: Conformação de adsorventes: combinando forma, estabilidade e funcionalidade para aplicação industrial
Authors: Moreno, Jimmy Degaule Lima
Advisor: Azevedo, Diana Cristina Silva de
Co-advisor: Maia, ZeolitesDébora Aline Soares
Keywords in Brazilian Portuguese : Peneiras moleculares;Estabilidade hidrotérmica;Nanomateriais - Extrução;Conformação de adsorventes;Bentonita;Argila;Zeólitas
Issue Date: 2023
Citation: MORENO, Jimmy Degaule Lima. Conformação de adsorventes: combinando forma, estabilidade e funcionalidade para aplicação industrial. 2023. 135 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: A secagem de gás por meio da adsorção em peneiras moleculares é uma etapa crucial no processamento de gás natural (GN). Contudo, a presença de umidade no GN e as variações de temperatura durante o processo podem causar uma desativação prematura do adsorvente. Para minimizar esses impactos, a conformação é utilizada para aprimorar tanto as propriedades térmicas e mecânicas quanto a estabilidade hidrotérmica. Este estudo tem por objetivo investigar os efeitos do método de conformação por extrusão nessas propriedades e nas propriedades adsortivas de três zeólitas. Produziram-se extrudados cilíndricos com a adição de argilas aglomerantes, seguido de calcinação. As principais formulações incluem 15 e 20 % de ligantes argilosos. Eles foram submetidos a um ensaio de envelhecimento acelerado em laboratório, simulando as condições encontradas no processo de secagem TSA. Análises de caracterização e isotermas de H2O foram aplicadas nas amostras conformadas antes e após ao ensaio de envelhecimento. Os resultados indicam que a presença de 20% de ligante na composição resulta em uma menor desativação do adsorvente na captura de água após o ensaio de envelhecimento acelerado, evidenciando um caráter protetivo à desativação hidrotérmica, advindo da argila inorgânica presente no adsorvente conformado. A LTA apresentou melhor desempenho em termos de conservação das propriedades adsortivas pós-conformação e pós-envelhecimento em 35 ciclos. Porém, há evidências que indicam que a CHA possui uma estrutura (contendo potássio) intrinsicamente mais resistente para processo mais intensos de envelhecimento. A desativação das peneiras moleculares pode estar associada à ocorrência de coque, uma causa considerada comum encontrada na área de catálise. Em suma, este estudo destaca a importância da técnica de conformação de materiais adsorventes para a secagem de GN, além de prover conhecimentos mais aprofundados sobre a vida útil das peneiras moleculares nessa aplicação.
Abstract: Gas drying by adsorption on molecular sieves is a crucial unit operation in natural gas processing. However, the presence of a complex gas mixture and thermal swings can cause early adsorbent fouling, thus reducing process efficiency. To mitigate this issue, shaping the adsorbent materials is essential to avoid/manage large pressure drops and improve thermal and mechanical properties. In this study, we aimed to investigate the effect of shaping on the thermal and mechanical resistance and adsorption properties of three different zeolite powder samples. The molecular sieves were shaped by extrusion into cylindrical beads using a clay binder, followed by calcination at 673 K for 24 hours. The main formulations included 15%, 20%, and 25% of binder. The resulting 2-mm extrudates were compared with commercially available shaped samples for their mechanical and thermal resistances. Then, the shaped samples were submitted to a premature aging protocol that simulated the conditions of TSA drying processes. Before and after the aging process, we performed several analytical characterizations and measured high-resolution H2O isotherms at 313 K. The results indicated that the 20% binder is the composition that led to the lowest decrease in textural properties and water uptake after the premature aging protocol as compared to the pristine zeolite samples. CHA structure (containing potassium) was intrinsically more robust against aging than (sodium) LTA structure in longer aging. SEM images and infrared spectroscopy data strongly suggest that the decrease in adsorption capacity was due to coke occurrence, which is a common cause of deactivation in catalytic applications. However, the coke formation in the present study had somewhat distinct features as compared to those observed in catalysts. These findings provide clear evidence of the protective effect of the clay binder against hydrothermal deactivation. Overall, this study highlights the importance of shaping adsorbent materials for natural gas processing and provides valuable insights into the lifespan of adsorbent and the degree of deactivation.
Description in Brazilian Portuguese: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/76256
Author's ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6668-3877
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/7671934629805993
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8545-3989
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/7586955305848168
Co-advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9009-9299
Co-advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/0515934038658933
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DEQ - Teses defendidas na UFC

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